ที่มา : ห้องปฏิบัติการทดสอบสมบัติทางกล ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ

       การทดสอบการดัดโค้ง เป็นการทดสอบเพื่อดูพฤติกรรมการแปรรูปของวัสดุหลังจากทำการดัดโค้ง โดยพิจารณาดูว่าที่ผิวด้านนอกของชิ้นทดสอบตรงบริเวณที่ทำการดัดโค้งเกิดรอย แตกขึ้นหรือไม่ หลังจากทำการดัดโค้งชิ้นทดสอบด้วยรัศมีความโค้งที่กำหนด จนได้มุมตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐานการทดสอบ

       หลักการในการทดสอบการดัดโค้ง คือ ใช้วิธีใดก็ได้ในการดัดชิ้นวัสดุทดสอบซึ่งอาจมีหน้าตัดเป็นวงกลม, สี่เหลี่ยม หรือรูปทรงหลายเหลี่ยม ให้ได้รัศมีความโค้งตามที่กำหนดไว้ หรือให้ได้มุมตามที่กำหนด โดยทิศทางของแรงที่ใช้ในการดัดโค้งต้องคงที่ และการให้แรงในการดัดโค้งต้องเป็นไปอย่างช้าๆ เพื่อป้องกันการเกิดการเคลื่อนที่ของชิ้นทดสอบในแนวข้าง หลังจากชิ้นทดสอบโค้งงอไปตามที่กำหนดแล้ว ทำการตรวจสอบดูว่าที่พื้นผิวด้านนอกของชิ้นทดสอบตรงบริเวณที่ดัดโค้ง ซึ่งจะเป็นบริเวณที่รับความเค้นแรงดึงในระหว่างการดัดโค้ง มีรอยแตกเกิดขึ้นหรือไม่ จะเห็นได้ว่าหลักการของการทดสอบการดัดโค้ง แตกต่างจากการทดสอบสมบัติเชิงกลประเภทอื่นๆ ซึ่งจะได้ผลลัพธ์ออกมาในเชิงปริมาณ คือ ได้ค่าสมบัติเชิงกลออกมาเป็นตัวเลข เช่น ค่าความแข็ง,ความเค้นจุดคราก ในขณะที่ผลจากการทดสอบการดัดโค้งจะเป็นผลในเชิงคุณภาพ คือพิจารณาแค่ชิ้นทดสอบนั้นผ่านเกณฑ์การทดสอบหรือไม่ คือสามารถผ่านการดัดโค้งตามที่กำหนดไว้ในการทดสอบ โดยไม่เกิดรอยแตกที่ผิวด้านนอกเนื่องจากความเค้นแรงดึงได้หรือไม่

      การพิจารณาว่าชิ้นทดสอบผ่านการทดสอบการดัดโค้งนั้นหรือไม่นั้นพิจารณาจากการ ตรวจสอบดูที่ผิวด้านนอกของชิ้นทดสอบว่าไม่มีรอยแตก การตรวจสอบอาจทำโดยการตรวจสอบด้วยตาเปล่า หรืออาจใช้กล้องที่มีกำลังขยายไม่เกิน 20 เท่า(ปกติจะกำหนดให้ใช้ตาเปล่า)

      สำหรับชิ้นงานที่มีอัตราส่วน ความกว้าง/ความหนา มากกว่า 8 ขึ้นไป ถ้าตรวจพบรอยแตกที่ขอบ (edge) ของชิ้นทดสอบ ให้ทำการขัดขอบของชิ้นทดสอบที่แตกนั้นให้เรียบ แล้วทำการทดสอบใหม่อีกครั้ง

        เมื่อทำการดัดโค้งด้วยมุม (bending angle) ที่เท่ากันวัสดุที่มีความสามารถในการดัดโค้งที่ดีกว่าจะสามารถทำการดัดโค้งโดยใช้รัศมี การดัดโค้ง (bending radius) ที่เล็กกว่าได้โดยไม่เกิดรอยแตกขึ้น ในทางตรงกันข้ามเมื่อทำการดัดโค้งด้วยรัศมีการดัดโค้ง (bending radius) ที่คงที่วัสดุที่มีความสามารถในการดัดโค้งที่ดีกว่าจะสามารถทำการดัดโค้งได้ด้วยมุม (bending angle) ที่มากกว่าจึงจะเกิดรอยแตกขึ้น

       รัศมีการดัดโค้งที่ต่ำที่สุด (minimum bend radius) คือ รัศมีการดัดโค้งที่น้อยที่สุด ที่จะสามารถใช้ในการทำการดัดโค้งได้โดยที่ไม่เกิดรอยแตกที่พื้นผิวของวัสดุ โดยปกติแล้วรัศมีการดัดโค้งที่ต่ำที่สุด (minimum bend radius) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความหนาของชิ้นงาน ดังนั้นโดยมากมักจะรายงานค่ารัศมีการดัดโค้งที่ต่ำที่สุดโดยการบอกเป็นจำนวน เท่าของความหนาของวัสดุ (t) เช่น วัสดุที่มีรัศมีการดัดโค้งที่ต่ำที่สุด = 3t ก็คือวัสดุที่สามารถทำการดัดโค้งด้วยรัศมีการดัดโค้งที่มากกว่า 3 เท่าของความหนาได้โดยไม่เกิดรอยแตกที่ผิว ค่ารัศมีการดัดโค้งที่ต่ำที่สุด ไม่ใช่สมบัติที่เป็นค่าคงที่ของวัสดุ เนื่องมาจากความสามารถของผู้ตรวจสอบรอยแตกในการตรวจพบรอยแตกที่เริ่มเกิด ขึ้นไม่เท่ากัน  และการใช้รัศมีการดัดโค้งในการทดสอบได้ไม่ต่อเนื่องและเหมือนกัน เนื่องจากจำกัดอยู่ที่ รัศมีของ  mandrel ที่ใช้ในการทดสอบ

       ในการเปรียบเทียบความสามารถในการดัดโค้งของวัสดุ ข้อมูลที่จะนำมาเปรียบเทียบกันได้นั้นจะต้องมาจากการทดสอบที่ใช้วิธีการ ทดสอบแบบเดียวกัน,ผู้ตรวจสอบรอยแตกคนเดียวกัน และใช้ชิ้นทดสอบที่มีขนาดเท่ากัน ตลอดจนใช้รัศมีการดัดโค้ง (bending radius) และมุมดัดโค้ง (bending angle) ที่เท่ากันด้วย ข้อมูลจึงจะสามารถนำมาเปรียบเทียบกันได้

       อุปกรณ์และเครื่องมือในการทำการทดสอบการดัดโค้ง นั้นไม่มีข้อกำหนดที่ตายตัว เนื่องจากการทดสอบไม่ซับซ้อนยุ่งยาก และไม่ต้องการความละเอียดของเครื่องมือมากนัก ขอแค่สามารถทำการดัดโค้งชิ้นทดสอบด้วยรัศมีต่างๆตามที่กำหนดไว้ หรือดัดโค้งไปด้วยมุม (bending angle) ที่ต้องการ เมื่อกำหนดรัศมีการดัดโค้ง (bending radius) ที่คงที่ ได้ก็เพียงพอแล้ว โดยทั่วไปเครื่องมือและอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการทดสอบการดัดโค้ง เช่น pin, roller และ mandrel นั้นควรจะมีความยาวยาวกว่า ความกว้างของชิ้นทดสอบ และจะต้องมีความแข็งแรง และแข็งเกร็ง เพียงพอที่จะทนต่อการแปรรูปและการสึกหรอในระหว่างทำการดัดโค้งได้

        วิธีการทดสอบการดัดโค้ง  
        เราสามารถเลือกวิธีการทดสอบการดัดโค้งได้หลากหลายวิธี ซึ่งแต่ละวิธีจะแตกต่างกันในรายละเอียดแต่จะมีหลักการในการทดสอบที่เหมือน กัน วิธีทดสอบการดัดโค้งที่นิยมใช้กันโดยทั่วๆ ไปมี 3 วิธี ได้แก่

          1. แบบ pressing bend 
          การทดสอบทำโดย นำชิ้นทดสอบมาวางอยู่บนตัวฐานรอง ซึ่งควรจะเป็นทรงกระบอกที่มีรัศมีความโค้งไม่ต่ำกว่า 10 มม. แล้วค่อยๆเพิ่มแรงในการกดที่จุดกึ่งกลางของชิ้นงานทดสอบ เพื่อทำการดัดโค้งชิ้นงาน ระยะห่างระหว่างฐานรองที่ใช้ในการทดสอบ = 2r + 3t โดยที่ r คือ รัศมีการดัดโค้ง และ t คือ ความหนา หรือเส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้นทดสอบ ส่วนปลายของ mandrel จะต้องเป็นทรงกระบอก ที่มีรัศมีความโค้งเท่ากับรัศมีการดัดโค้งที่ต้องการจะทำการทดสอบ

        2. แบบ Winding bend  
        การทดสอบทำโดย ค่อยๆเพิ่มแรงที่ใช้ในการม้วนชิ้นทดสอบรอบๆ mandrel ตามที่กำหนดไว้ โดยการที่กดยึดปลายด้านหนึ่งของชิ้นทดสอบไว้ และทำการดัดโค้งที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ทำให้เกิดการดัดโค้งรอบ mandrel ดังรูป

        3. แบบ V-block bend
        การทดสอบทำโดย นำชิ้นทดสอบมาวางอยู่บนฐานรูปตัววี ดังรูป แล้วค่อยๆ เพิ่มแรงกดผ่าน mandrel ลงตรงกลางของชิ้นงานทดสอบ เพื่อทำการดัดโค้งชิ้นงานให้ได้ตามที่กำหนดไว้

        ชิ้นงานในการทดสอบการดัดโค้ง
        ชิ้นงานที่มีรูปทรงเป็นแผ่น และท่อนจะสามารถตัดมาทำการทดสอบได้เลย แต่สำหรับชิ้นงานที่มีหน้าตัดเป็นรูปหลายเหลี่ยม (polygonal section) ในบางกรณี ชิ้นทดสอบอาจจะหนาเกินกว่าที่อุปกรณ์ยึดจับจะจับได้ หรือเครื่องที่จะทำการทดสอบการดัดโค้งอาจจะมีกำลังไม่สูงพอ จึงต้องมีการกลึงไส หรือขัดให้ผิวด้านหนึ่งเรียบลง โดยใช้ด้านที่ไม่ได้ถูกกลึงเป็นผิวด้านนอกที่จะต้องรับแรงดึงในระหว่างทำการ ทดสอบการดัดโค้ง ขอบของชิ้นงานที่ทำการตัดมา อาจทำการตะไบหรือขัดด้วยสายพานให้ผิวเรียบลงได้ โดยรัศมีของขอบของชิ้นงานควรจะมีขนาดรัศมีมากกว่า 1/10 ของความหนาของชิ้นงานขึ้นไป  แต่สำหรับชิ้นงานที่มีอัตราส่วนความกว้าง/ความหนา มากกว่า 8 ไม่มีความจำเป็นจะต้องเตรียมขอบให้เรียบลง ยกเว้นในกรณีที่เกิดรอยแตกขึ้นที่มุม ในระหว่างการทดสอบการดัดโค้ง

       สำหรับความยาวของชิ้นทดสอบ สำหรับการทดสอบแบบ Wrap bending และ Wipe bending ชิ้นทดสอบจะต้องมีความยาวพอที่จะสามารถจับได้โดยไม่เกิดการเลื่อนไถล แต่สำหรับการทดสอบแบบ V-block  bending ขอแค่มีความยาวเกินกว่าระยะระหว่างฐานรองก็สามารถทำการทดสอบได้
ชิ้นงานที่นำมาทดสอบการดัดโค้งจะเตรียมมาจากแนวใดก็ได้ แต่โดยปกติชิ้นงานที่เตรียมในแนวตั้งฉากกับแนวรีด จะมีความเหนียวต่ำกว่าชิ้นงานที่เตรียมในแนวขนานกับแนวรีด

        สำหรับชิ้นงานที่มีอัตราส่วน ความกว้าง/ความหนา ต่ำกว่า 8 สภาวะการทดสอบจะเป็นแบบความเค้นระนาบ ซึ่งค่าความต้านทานการดัดโค้งจะขึ้นกับ อัตราส่วนความกว้าง/ความหนา ดังรูปที่ 7 แต่สำหรับชิ้นงานที่มีอัตราส่วน ความกว้าง/ความหนา มากกว่า 8 ขึ้นไป การดัดโค้งที่เกิดขึ้นจะอยู่ในสภาวะของ ความเครียดระนาบ และความต้านทานการดัดโค้งจะไม่ขึ้นกับ อัตราส่วนความกว้าง/ความหนา ดังนั้น การทดสอบการดัดโค้งจึงมักจะกำหนดขนาดชิ้นงานให้มีอัตราส่วน ความกว้าง/ความหนา มากกว่า 8 ขึ้นไป เพื่อกำจัดผลของขนาดของชิ้นงาน ที่จะมีต่อการทดสอบ

        (a) ความเค้นและความเครียดที่เกิดขึ้น ณ บริเวณที่ทดสอบการดัดโค้ง

        (b) กราฟระหว่างความเครียดและอัตราส่วนความกว้าง/ความหนาดังที่ได้กล่าวมาข้างต้น จะเห็นได้ว่าปกติเราจะไม่ค่อยมีข้อกำหนดเกี่ยวกับขนาดของชิ้นทดสอบการดัด โค้งมากนัก แต่อย่างไรก็ดี ตามมาตรฐาน JIS Z 2204 ได้แบ่งชิ้นทดสอบสำหรับการดัดโค้ง ออกเป็น 3 กลุ่ม ดังนี้

         1.) ชิ้นทดสอบประเภทแผ่นที่มีความหนา (t) ตั้งแต่ 3 มม. ขึ้นไป โดยความกว้าง (w) ของชิ้นทดสอบที่ใช้จะอยู่ระหว่าง 20 - 50 มม. ถ้าวัสดุมีความกว้างไม่ถึงตามที่กำหนดก็ให้ใช้ความกว้างสูงสุดที่สามารถ เตรียมได้ ส่วนความยาวนั้นจะขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นทดสอบ และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบ

       ถ้าวัสดุมีความหนามากกว่า 25 มม. สามารถที่จะทำการกลึงไสผิวด้านหนึ่งให้มีความหนาลดลงได้ ตามแต่ความเหมาะสมกับอุปกรณ์การทดสอบ แต่ต้องมีความหนาไม่ต่ำกว่า 25 มม. และในการทดสอบ ให้ใช้ด้านที่ไม่ได้ทำการกลึงไสมาเป็นผิวด้านนอกที่รับแรงดึงในระหว่างทำการดัดโค้ง

          2.) ชิ้นทดสอบท่อน (bar) ดังแสดงในรูปที่ 9 โดยค่า D ซึ่งเป็นเส้นผ่านศูนย์กลาง (สำหรับชิ้นงานที่มีหน้าตัดเป็นวงกลม) หรืออาจเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของรูปหลายเหลี่ยม (สำหรับชิ้นงานที่มีหน้าตัดเป็นรูปหลายเหลี่ยม) ถ้าวัสดุมีค่า D มากกว่า 30 มม. สามารถที่จะทำการกลึงไสให้มีขนาดเล็กลง แต่ต้องมี D หลังทำการกลึงไสไม่ต่ำกว่า 25 มม. ดังรูปที่ 10 และในการทดสอบ ให้ใช้ด้านที่ไม่ได้ทำการกลึงไสมาเป็นผิวด้านที่รับแรงดึงในระหว่างทำการดัดโค้ง ส่วนความยาวของชิ้นทดสอบนั้นจะขึ้นอยู่กับค่า D ของชิ้นทดสอบ และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบ

           3.) ชิ้นทดสอบสำหรับทำการทดสอบ วัสดุพวก plate หรือ strip ที่มีความหนาต่ำกว่า 3 มม. ลงไป โดยความกว้างของชิ้นทดสอบจะใช้อยู่ระหว่าง 15 -50 มม. โดยถ้าวัสดุมีความกว้างไม่ถึงตามที่กำหนดก็ให้ใช้ความกว้างสูงสุดที่สามารถ เตรียมได้ส่วนความยาวนั้นจะขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นทดสอบ และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบ

       ที่มา : สถาบันเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย